《聚合物制备工程》章节试题及答案

第一章绪论

聚合物生产过程

1.聚合物生产过程的基本内容包括什么？

2.聚合物制备工程的内容主要包括哪些方面？

3.举例说明如何选择某种聚合物的聚合实施方法？

4.如何评价生产工艺合理及先进性。

5.思考题：开发新产品或新工艺的步骤和需注意的问题有哪些？

6.思考题：是否存在从聚合物单体到聚合物材料制品的最简化路线？举例说

明。

聚合物工业与可持续发展

1.三烯、三苯是哪些化学品？简述三烯、三苯和乙焕的来源。

2.聚合物工业的原料来源有哪些及其分类（是否属于可再生资源）？

3.思考题：如何实现聚合物工业的可持续发展？

4.思考题：可降解聚合物材料有哪些种类？此类材料的发展和使用具有哪些

意义？

参考答案

聚合物生产过程

1.聚合物生产过程的基本内容包括什么？

答：任何聚合物的生产过程的都基本包括：生产准备，催化剂配制，聚合过程和后处理

及回收四大过程。

①生产准备过程包括原料准备、公用工程的准备。

②催化剂的配制过程主要指催化剂的制备或配制与溶解；

③聚合过程是聚合物生产过程的核心，是决定产品质量的重要工序或过程；

④后处理过程相当复杂和繁多，尤其对于生产固体聚合物的生产过程，因采用的聚合实

施方法不同，采用的后处理方式也不一样。但归纳起来不外乎有：分离工序、脱挥工序、脱

灰工序、干燥工序、添加助剂（防老剂、增塑剂、加工助剂等）、产品形状处理工序（造粒、压

块、切片），对于直接使用乳液的场合还需加润湿剂、消泡剂。除此之外聚合物后处理过程还

包括，单体和溶剂的回收与精制工序。

2.聚合物制备工程的内容主要包括哪些方面？

答：聚合物制备工程是以高分子材料科学与化学工程学为理论基础的工程学科；其生产

加工的对象包括对天然高分子材料的改性和人工合成高分子材料的工业化生产。

聚合物制备工程包括的内容是合理设计及选用最佳的聚合实施方法，合理设计及选用相

应的反应器，合理选杼原料、催化剂的制备或精制工序，合理地选择或设计后处理工序设备，

过程的优化或系统化及其控制方法以及三废处理等工序设备的设计等。

3.举例说明如何选择某种聚合物的聚合实施方法？

答:目标聚合物采用何种方法（何种聚合历程何种聚合实施方法）生产首先是由单体的性质

决定：单体的结构性质决定其是进行逐步聚合还是进行连锁聚合，进一步决定是进行阴圈子

聚合、阳离子聚合、配位阴离子聚合还是自由基聚合。其次单体水溶性大小又进一步决定是

进行水溶液聚合还是进行溶液聚合，是进行正相悬浮（乳液）聚合还是进行反相悬浮（乳液）即单

体的性质首先决定可采用的娶合历程，在可进行多种历程下，再看所用引发剂的性质如何，

若在满足产品性能的前提下有多种聚合历程，应优先选择投资少、工艺简单的工艺，在催化

剂体系决定后，再选择出合理的具体实施方法。如丁二烯虽可进行阴离子聚合、配位阴离子

聚合及自由基聚合，但若采用自由基聚合，产物凝胶含量非常大，根本不能作为橡胶使用，

因此只能从前两个历程进行考虑。故现在有锂系顺丁橡胶和银系顺丁橡胶，均因两种催化剂

的性质（遇水失活甚至爆炸）和产品的性能（高分子量的橡胶），决定其只能用溶液聚合，而不能

用本体聚合的实施方法。另如，苯乙烯可采用阴离子聚合、阳离子聚合及自由基聚合，前两

种历程存在操作控制难度高、投资大等，因此均采用控制难度低的自由基聚合，因自由基可

以采用四种聚合实施方法，但目前多采用本体聚合或悬浮聚合为主。

总之，目标聚合物采用何种聚合实施方法，首先由单体的决定，其次由选择的催化

剂的性质决定，然后再考虑产品的用途和性能来决定。

4.如何评价生产工艺合理及先进性。

答：生产工艺的合理与先进与否主要从下述几个方面进行评价：

①第一考察由该工艺生产出的产品的性能是否属于国际先进水平，在此基础上还要考察

所拟定的工艺产能大小、多种牌号生产的套用性；一般规律是生产规模越大，目标产品的性

能月难易控制或达到。

②其次考察原料的来源的容易，原料的成本，尽量采用石油天然气路线或可再生资源路

线，尽量不使用煤化工路线。

③第三，要评价所拟定的工艺路线中的原料单耗大小、能源的单耗大小，必须选择效费

比最高，资源消耗低、碳排放量的工艺路线。

④第四，在上述基础上确定合理的控制手段，对于生产规模大的产品的生产，尽量采用

国际先进的控制系统和仪表，确保在投资合理前提下，提高自动化程度，减小人为操作的误

差，保证产品质量的稳定。，

⑤第五，在前述的五项内容的基础上，优先选择生产过程中三废排放少的工艺路线，三

废少的路线的基础上，选择投资少效率高的三废处理方法的工艺路线。确保整个项目具有最

低或零生态影响。

5.思考题：开发新产品或新工艺的步骤和需注意的问题有哪些？

答新产品的开发是一项综合化系统性极强的任务，要求开发者不仅掌握与高分子合成

（高分子化学）和高分子应用（高分子物理）的知识，还需掌握与聚合物生产过程中的设备知识

（包括国内外设备制造水平、国外能否出售该关键设备技术等）。在此基础上才可能开发出可

供生产转化的新技术或新产品。对于新产品开发者来说，新产品的开发的流程不外乎包括以

下几个方面：

①确定新产品的应用领域、使用方法和最终达到的性能。使用方法最为关键，不同的使

用方法就要求聚合物具有不同的流变性能，而流变性能又与聚合物分子量大小及其分布、分

子主链的极性、侧基的极性及侧基的而大小有关；

②在确定了使用方法后，确定哪类聚合物具有这样的制造可能性；

③在确定了聚合物类型后，选择适当的聚合单体；包括来源可靠性，经济性；

④在确定了聚合单体就可选择适当的聚合机理及聚合实施方法，开始进行小试。确定复

合使用要求和性能要求的小试工艺条件；确定三废排放点，做到三废最小甚至是零排放。

⑤根据小试工艺条件进行工艺放大设计，放大后的产品与小试产品进行评价，确认达到

小试水平后，直接进行应用试验评价；

⑥当直接应用试验合格后，就可进行再放大生产。确定设备的加工难易程度，制造的可

行性。

⑦最终确定最佳的生产工艺流程和设备。编制新产品操作规程。

6.思考题：是否存在从聚合物单体到聚合物材料制品的最简化路线？举例说

明。

答：很多产品可以从聚合物单体直接得到聚合物材料制品，这种路线也是聚合物制备工

程中的最简化路线。如：塑胶跑道，就是浇注型聚氨酯，可以将二元醇或多元醇与二异甄酸

酯混合直接聚合得到。另一常见的例子就是有机玻璃的制备，直接将甲有引发剂的单体MMA

注入板式反应器中直接得到有机玻璃的制备过程。

聚合物工业与可持续发展

1.三烯、三苯是哪些化学品？简述三烯、三苯和乙快的来源。

答三烯主要指乙烯、丙烯及丁二烯，三苯主要是芸、甲苯和二甲苯；

①乙烯的主要来源有三：一是来自乙烯工程，即就是从石脑油（轻油）或原油直接高温高

压裂解得到。二是从发酵乙醇脱水制备乙烯；三是从天然气制得的甲醇出发也可制得乙烯。

目前三种路线的成本相差不大；

②丙烯可以有两种来源，一是乙烯工程，同乙烯，另一种来源是在石油炼化过程中也产

生丙烯。

③丁二烯有两种路线可以得到，一是乙烯工程，直接从轻油裂解得到，二是从乙烯出发

经反应得到丁二烯。

上述三种烯蜂是化学工业最基础的原料，是制备其他聚合物的关键原料。

④三苯的主要来源有二，一是石油裂解后产生芳烧，经重整后得到；而是焦炭行业，由

煤制备焦炭时也会生成多种芳好:，其中就有苯，甲苯和二甲苯。前者称为石油三苯，后者称

为焦化三苯，三苯也是化工行业的重要原料。

2.聚合物工业的原料来源有哪些及其分类（是否属于可再生资源）？

答：工业化聚合物的生产的原料一般有3条路线，即：①石油化工路线；②煤化工路

线；③天然聚合物路线；

石油化工路线较煤化工路线具有清洁、价格便宜、原料多样化的特点，但石油路线是不

可再生的路线，石油的逐渐枯竭将来会影响聚合物材料的多样性。

煤化工路线也是一种不可再生的路线，煤化工技术路线虽可生产出像石油天然气路线那

样多的原料，但因现有技术瓶颈仍不为大家所认可和接受，尤其是污染大，设备投资大，经

济效益低。

天然聚合物路线是目前大家追求的一种可再生路线，从天然聚合物改性可直接得到可具

有实用化的材料，如木塑材料，但目前从天然聚合物制备橡胶材料还是空白；从天然聚合物（淀

粉，纤维素）可以经过酶催化得到甲醇、乙醇、丁醇等，可以从这些原料进一步制备乙烯、丙

烯及丁二烯等，从而可制备多种聚合物材料，如橡胶、纤维及塑料，但目前因粮食紧缺问题,

也受到影响；

3.思考题：如何实现聚合物工业的可持续发展？

答：石油、天然气、煤终究会消耗殆尽，人们在不断地探讨如何实现聚合物工业可持续

发展的问题。聚合物工艺可持续发展与否有三层含义，一是制备聚合物所需的原料可持续性

供给问题，二是现有废弃聚合物材料的在利用问题；三是制得的目标聚合物材料能否在自然

环境下能否降解问题，目前可采用的措施可以归纳为：

①现有聚合物的再生利用；作为橡胶材料，目前已再生胶的重复利用为主。作为塑料材

料，依据其可否降解，醉解与否，可分为：①不可醇解和或水解的聚烯蜂，仍以再生利用为

主，尽管性能下降，但与新塑料粒子掺混后仍可满足常规性能要求；②对于可水解或醇解塑

料如聚再旨、聚酰胺，可直接将废弃物醇解成单体，重新聚合得到性能完全一样的产品。

②从可再生资源路线出发确定制备聚合物材料所需基础原料的合成路线；如从淀粉制备

乳酸再从乳酸制备可生物降解的聚乳酸塑料。

4.思考题：可降解聚合物材料有哪些种类？此类材料的发展和使用具有哪些意

义？

答：可降解聚合物分为生物可降解高分子、光降解聚合物及热降解聚合物三大类：

（1）可生物降解高分子可生物降解的聚合物主链一般多为酯基，酰胺基，肽键等三大

类。

①天然高分子包括：淀粉及其相关聚合物、蛋白质，聚酰胺，纤维素，甲壳素等，天然

聚缩醛，天然聚酮化合物，；

②从生化法制得的小分子单体制备而成的合成聚合物，如聚乳酸（聚丙交酯），聚乙交酯,

聚己内醋等；

③从石油化工资源制备的可降解聚合物：聚己内酯，聚丁二酸丁二醵酯，由己内酯核合

成的聚氨酯，聚乙烯醇，聚碳酸酯，聚磷月青(主链为磷酯基)等；

④细菌发酵制备的聚合物：聚羟基烷酸酯

⑤聚氟基丙烯酸酯(PCA)

(2)可光降解聚合物一股聚合物主链必须含“好基”结构，目前可由一氧化碳与烯烬聚

合的到；还有一类光降解聚合物就是在将胸腺喀咤引入聚合物主链上。

(3)可热降解聚合物可热降解聚合物很少，一般主链具有季碳结构的聚合物均可在加热

的情况下降解为最初始的单体，目前有，PMMA,PIB,聚。■甲基苯乙烯，聚鼠基丙烯酸酯

(PCA),以及它们的共聚物

开发可降解聚合物的意义在于：①目前世界高分子材料生产和使用已跃居三大材料之

首，每年产生近5000万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解，以尽量减少对

人类及环境的污染；②研究及合成特定可生物降解高分子，用于人工组织，药物缓释，造福

人类；③研究天然可生物降解高分子，可以了解生命的演变历史，从而进行仿生，制备新型

医药或材料。

《聚合物制备工程》

第二章——聚合物制备工程基础作业及参考答案

1.什么是聚合反应器？其最基本的特征是什么？

答：

(1)聚合反应器定义：物料在其中可发生聚合反应并可生成目标聚合物的设备称为聚合

反应器。

(2)反应器的最基本特征是：①有可提供反应物料进行聚合反应所需的体积，从而保证

设备具有一定生产能力；②具有可供加热和/或除热的传热面积，以保证过程的升

温或降温，确保聚合反应温度可控制在适宜的屹围；③必须有保证参加反应物料充

分混合的装置。

2.按照操作方式分类，反应器可以分为哪些类型？各自有何特点？

答：反应器按照操作方式可分为间歇式、连续式和半连续式反应器三种。其中：

(1)间歇式反应器是指生产操作时，反应前将反应物一次加入反应器内，当反应达到规

定转化率后取出反应产物，间歇反应器是一种非稳态的操作过程。

间歇反应器的特点是：①反应物料间歇加入与取出，反应物料的温度和浓度等

操作参数随时间而变，不随空间位置而变，所有物料质点在反应器内经历相同的反

应时间：②操作灵活，弹性大，投资小；③需较多辅助时间，设备利用率低；④产

品质量不易均匀

(2)半连续式反应器是指生产操作时，反应前将部分反应物料或某种反应物料一次加入

反应器内，而其余物料或另一种物料则采用连续加入反应器中的反应过程，或在反

应过程中连续将某种物料从反应器中取出的生产过程。其特点是：①可通过物料的

加入速度控制共聚物的组成分布：②可通过物料的加入速度来控制聚合速率，从而

控制聚合热的均匀释放，而从而利于控制聚合反应；③半连续反应器的生产过程也

是一种典型的非稳态操作过程。

(3)连续反应器是指生产操作时各反应物料连续加入反应器内，并连续引出反应产物或

最后一次得到产物的操作过程。其特点是：①反应器内任一点的组成不随时间而改

变，属于稳态过程；②生产能力高，易实现自动控制，适于大规模生产；③产品质

量均一

3.平推流反应器、理想混合流反应器的定义与特点是什么？

答：

(1)平推流反应器定义：反应物料在长径比很大的设备流动时设备内每一微元体积中的

流体均以相同的速度向前移动，在流动方向上不存在返混的流体称为平推流，而能

赋予平推流流态的反应器称为平推流反应器。平推流反应器的特点是：①在稳态操

作时，在反应器各个截面上，物料浓度不随时间变化；②反应器内物料的浓度沿着

流动方向而改变，故反应速率随空间位置而变化，即反应速率的变化只限于反应器

的轴向。

(2)理想混合流反应器定义：反应器中在强烈的搅拌作用下，使刚进入反应器的物料微

元与器内原有的物料微元瞬时达到充分混合，使各点浓度相等且不随时间变化，出

口流体组成与器内相等的这种流动形态称为理想混合流。而具有理想混合流流态的

反应器则称为理想混合反应器。理想混合反应器的特点是：①器内物料返混强烈；

②存在流体微元的停留时间分布。

4.在间歇反应器、平推流反应器、理想混合流反应器、多级串联理想混合反应器中，反应物

料浓度与反应时间的关系如何？

答：

(1)间歇反应器：物料浓度随时间不断变化，为非稳态过程，浓度随时间变小，无限趋

近某一定值；

(2)平推流反应器：稳态操作时，在反应器的各个界面上物料浓度不随时间变化，反应

器内物料的浓度沿着流动方向而改变；

(3)理想混合反应器：各点浓度相等，物料浓度不随时间变化；

(4)多级串联理想混合反应器：每一个反应器内物料浓度不随时间变化。

O

图3单级理想混合反应器反应物料图4多级理想混合反应器反应物料

浓度-时间变化曲线浓度-时间变化曲线

5.反应器设计的基木要求是什么？

答：①有可提供反应物料进行聚合反应所需的体积，从而保证设备具有一定生产能力；

②必须具有一定的除热或加热所需的传热面积，以保证反应过程的除热或加热，使

反应温度可控制在适宜的范围；③必须有保证参加反应物料充分混合的设备或装

置。

6.反应器设计的物料衡算方程是什么？间歇反应器与理想连续反应器的物料衡算方程是什

么？

答：物料衡算方程：

某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量

对于间歇反应器：

流入量=流出量=0:间歇反应器方程为：反应消失量=—累积量

对于理想连续反应器：累积量=0;其方程为：(流入量)一(流出量)一(反应消失量)=0

7.间歇反应器、平推流反应器、理想混合流反应器、多级串联理想混合反应器的设计方程分

别是什么？

答：

l乂dx

(I)间歇反应器的基本设计方程是：t=go，'一

rA

VccA/dCA

(2)平推流反应器的基本设计方程是：r=—=---

%/

对于恒容过程有(If),小==-序喘

(3)理想混合反应器的基本设计方程是：%=工=C-।一°由:CAOOA,•一.4।)

%%•%

c

M)

(4)多级串联理想混合反应器的设计方程是：CAN=-、7、

(1+攵弓)(1+&72)一一(1+丘川)

8.在间歇釜式反应器中，己二酸与己二醇以等摩尔比，在70C下进行缩聚反应，生产聚酯

树脂。硫酸为催化剂。由实验测得其反应速度方程为：丫庆二kC：

其中：-反应速度，消耗己二酸反应速度常数，一己

YAkmoles/l・min;k—l/kmole・min;CA

二酸的瞬时浓度，kmole/Lo

据实验测定，70c时，k=1.971/kmole*min；己二酸的初始浓度的0=0.004kmoles/1；

若每天处理2400kg己二酸，其转化率为90%,每批操作的辅助时间为1小时。决用单釜生

产，装料系数①=0.75,试计算间歇反应器的体积；若采用平推流反应器，求其有效体积;

若采用单级理想混合反应器。求其有效体积；若采用四级串连理想混合反应器，求其有

效体积。

解：〃二@

(1)若采用单釜间歇操作

〃=攵号=*Cj0(l-")2

XA

[dxA厂产dxAxA

I力F)2=小(一乙)

0.9

—~~；-------=--------------------------=1142min=19.04h

<Qo(l一为i)1.97X0.004X(1-0.9)

2400/24

———=0.684kmole/h

则反应物平均每小时处理量VO=FAO/CAO=O.684/O.OO4=171L/h

%=19.0441=20.04/1

VQ==171X20.04=3425L=3.427m3

V3.427,

V=；o=--=4.57m3

00.75

(2)若采用平推流反应器操作，则有：

XA

T=V=C(-dpxA1=19.03/1

r%40JOrA

3

V=xV0=0.171X19.03=3.25m

(3)单级理想混合反应器

5=11421mbi

1.97X0.004X(l-0.9)4

=190.3h

3

V=T-V0=190.3X0.171=32.5m

(4)四级串联理想混合反应器

因：5=攵屐=1.97x60xC：=U8.2C；,从CA=0.004komol/L到CA=0.00025koml/L作图。

CA(kmol/L)0.0040.00350.0030.00250.0020.00150.0010.00050.00025

YA(kmol/L•h)1.891.451.0620.7370.4720.256().1180.0300.0074

0.00000.00050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.00400.0045

C(kmol/L)

/I

通过试差，得斜线的斜率为-0.170,即--=-0.17(),1=5.8824

r

所以VR=v(rT=0.171x5.884=1.006m3

反应釜的总体积：V=4XVR=4X1.006=4.0241/

9己二酸与己二醇以等摩尔比，在70c度下进行缩聚反应，生产聚酯树脂。硫酸为催化剂。

由实验测得其反应速度方程为：

其中：YA—反应速度，消耗己二酸kmoles/l・min；k一反应速度常数，l/kmole-min

G——己二酸的瞬时浓度，kmoles/l

据实验测定，70℃时，k=1.97L/kmolc*min;己二酸的初始浓度CAO=0.004kmoles/l;

每天处理2400kg己二酸；采用四级串连理想混合反应器，每个反应器的有效体积均为

0.55m3,求其最终己二酸的浓度及其转化率？

解：已知，yA=kCj,k=1.97L/kmole*min,CAO=0.004kmoles/L,2400kg/day,

V1=V2=V3=V4=0.55m3.

解：(1)图解法：

①从每个反应釜的体积和每天处理量可以计算出每个服的停留时间，即：

r=—="S'=3.22,则——=-0.311

%0.171r

②先按以=%屐=1.97x60xC；=118.2C；画出s——CA关系图。

C(kmol/L)

③从CA°=0.004mol/L的横坐标为起点，以斜率为0311划线，交于「A—CA曲浅于A点，

从A点画与横坐标的垂线交横坐标于A'点，A’点即为第一级反应器出口的浓度CAI。依次类推,

可求出第二级反应器出口的浓度CA2约为0.（）0145mol/L,第三级反应器的出口浓度为CA3约为,

O.OOlmol/L,第四级反应器的出口浓度为CA4约为0.00075mol/L,最终转化率约为80〜81%。

（2）代数法：

①从每个反应釜的体积和每天处理量可以计算出每个服的停留时间，即：

V0.55,”

T=——=--------=3.22

上0.171

②从多级反应器设计方程:和。金

(1+^r))(1+%汇2)…•(1+%“)1+

可计算出CM：

0.004

=0.00061kmd/L

(1I1,97x3.22f

则最终转化率为：C%=。„。6】:84.85

10.聚合反应器按照结构形式分类有哪些主要种类，其中釜式反应器由哪些基本结构组成？

答：反应器按结构形式可分为：釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、流化床反

应器、固定床反应器及挤出反应器。釜式反应器基本结构一般包括：釜体（简体）、换热

装置（夫套、内盘管或外盘管）、搅拌装置、密封装置、传动装置等。

11.为有效排除聚合反应热可以对聚合釜采取哪些换热方法？

答：为有效排除聚合反应热，可对聚合釜采取的换热方法有：①夹套冷却（主要）、

②夹套附加内冷管：③内冷管：④反应物料釜外循环：⑤回流冷凝器：⑥反应物

料部分闪蒸及⑦反应介质预冷等。

12.搅拌器有哪些种类？各有何特点？如何选用搅拌器？

答：搅拌器是实现物料混合、分散、传质、传热、传动量的操作的设备总称。搅拌

器通常可分为桨式搅拌器、推进式搅拌器、涡轮式、螺杆及螺带式及它们的组合式几种。

(1)桨式搅拌器依据桨叶构形又可分为平桨、折叶桨(斜桨)、锚式、锚框式桨及框式

桨等。桨式搅拌器的优点是结构简单，桨径和桨叶面可设计性强，制造相对岑易。由于

桨面朝向不同，不同的桨式搅拌器也具有各自的特点。

①平桨径向流为主，轴向流小，混合要求高的场合需加挡板，适于低粘度液体的

高速搅拌。

②折叶桨折叶桨的轴向流胶平桨有很大改善，在不加挡板就可达到很好的上下循

环。适合低粘度流体的高速搅拌

③锚式桨属于低速大桨径搅拌器，且以径向流为主，轴向流非常小，桨径一般是

釜径的0.90,搅拌功率大，适合高粘度流体下低速搅拌转下使用，同时也不适合容积大

的反应釜的搅拌。

④锚框式搅拌器是锚式搅拌桨的改进形式，横框的增加，减少了中间死区的体积，

桨径一般也是釜径的0.90,搅拌功率大，适合高粘度流体下低速搅拌转下使用，同时也

不适合容积大的反应釜的搅拌。

⑤框式搅拌桨和锚框式搅拌器类似。

(2)推进式搅拌器：和平桨及折叶桨类似，桨径一般是釜径的0.33~0.60,适合低

粘度流体的搅拌，最适合液液分散，径向流和轴向流均很好。

特点：三瓣叶片，其螺距S与桨径相等，结构简单，但制造难度高，一般都按阿基

米德渐近线只好磨具进行铸造。属于循环型搅拌器。

(3)涡轮式(透平式)：桨叶形式多样，可以分为开式和闭式两大类；例如：平直

叶片，弯曲叶片，倾斜叶片，圆盘平直叶片，圆盘弯叶等。

特点：种类繁多，应用广泛；处理粘度范围广；剪切强。

(4)螺杆及螺带式：适合高粘度液体的搅拌。

特点：螺杆式搅拌器，剪切弱，推进力大，适合高粘度搅拌，通常需要搅拌附件的

配合，以提高传热和传质的效果。而螺带式搅拌器具有大桨径低转速，剪切若轴向

流最好，适合高粘度流体的搅拌传质传热。

搅拌器的选用原则：

(1)基本要求：保证物料的混合、消耗最小的功率、所需费用最低、操作方便，易

于制造和维修；

(2)一般考虑方法：

如果生产上对搅拌无特殊要求，则可参照生产时所使用的类似搅拌器经脸选定；

如果对搅拌有严格要求，又无参照工艺，则对应工艺、设备等全面分析，找到操作

的主要控制因素，选择用应的搅拌；

过程开发或大型工程，通过试验研究最佳的型式、尺寸，再相似放大进行设计

13.挡板、导流桶的起到什么作用？各自在实际安装时需要注意哪些问题？

答：

(1)挡板的作用与安装①作用：消除漩涡现象，改善混合效果。②安装：一般相

距90。，垂直安装，并保留挡板的1/6的空隙。

(2)导流筒的作用与安装①作用：提高釜内流体的搅拌程度，加强桨叶对流体的

直接剪切作用；造成一定的循环流型，使物料均可通过导流筒内的强烈混合区，提高混

合效率。②安装：对手承进式搅拌器，导流筒套在桨叶的外面；对于涡轮式搅拌器，导

流筒则置于桨叶的上方。

14.分离过程对聚合物制备的有何重要忤?

答：分离过程常指将聚合物从聚合介质中分开取走聚合物的过程，不当的分离方法

可能导致生成的聚合物分离不完全，收率低（溶液聚合和乳液聚合），产品杂质含量高（本

体聚合）。

15.后处理过程对聚合物制备的有何重要性？树脂与橡胶的后处理有何不同？

答：聚合物后处理工序包括分离、干燥、脱挥、脱灰、加入助剂及形状处理等几方

面；但是树脂与橡胶后处理略有区别，树脂后处理主要包括脱水、干燥、加入添加剂、

直接得到粉状树脂；或者经过脱水、干燥、加入添加剂、混炼、切粒、混合均化、包装

得到颗粒状树脂；橡胶后处理根据用途也不同，乳液用于涂料或其他直接使用乳液的场

合，乳液可以直接使用或浓缩后包装、使用；需要得到固体橡胶时则需要凝聚、脱水、

水洗、挤压干燥、压块、包装。在这些后处理工序中，最关键的是脱灰和干燥工序，这

些工序所使用的设备若不合理，仍会导致生成的聚合物发生交联，凝胶含量高，甚至出

现不合格产品。而塑料树脂导致分子量降低或交联。因此后处理过程对聚合物的制备仍

有影响，其重要性不亚于聚合过程的控制。

16.选择聚合反应器需要考虑哪些因素？聚合反应器选型的简要原则是什么？

答：

（1）选择聚合反应器一般应予考虑的因素包括：

①生产目标聚合物所采用的聚合机理；

②生产目标聚合物的反应类型，简单反应、平行反应、连串反应；

③聚合反应器的操作特性：物料的停留时间及其分布、混合状况、生产能力、利用率、

稳定性、传热效能、产品性能（转化率，残单量，分子量及其分布，颗粒形态，粒

径及其分布）

♦重点在于确保反应时间的场合可选用塔式反应器

♦重点在于除去聚合热的场合可以选用搅拌釜反应器

♦以控制聚合速率和去除平衡过程中产生的低分子的场合可选用搅拌釜式、薄膜型

或表面更新型反应器

♦以控制反应产物颗粒性状为主的场合可选用乳化、分散型搅拌釜

♦需要窄强剪切下进行反应的场合可以选用桨叶与壁面间隙较小的搅拌反应器

@聚合反应及聚合过程的特性

•悬浮、乳液聚合等低粘体系，搅拌釜

•本体、溶液聚合等高粘体系，特殊型式的聚合反应器（卧式聚合釜等），搅拌釜，

塔式

•注意：釜式聚合反应器的搅拌器的选择

•连锁聚合与逐步聚合、不同单体的区别：

・尤其脱除小分子，需要考虑表面更新型聚合反应器

⑤最后在保证产品质量的前提下，优先选择投资少，经济效率高的操作方式。

17.反应器形式与操作方式的选择原则是什么？

答：反应器形式与操作方式的选择主要根据物料的停留时间及其分布、混合状况、生产能力、

利用率、稳定性、传热效能、产品性能（转化率，残单量，分子量及其分布，颗粒形态，粒

径及其分布）

例如：

♦连续釜：稳定，传热好，返混高，混合均匀，停留时间，利用率低（多釜串联改善返

混，生产能力提高）

♦间歇釜：传热好，但有放热高峰：辅助时间，生产受限

♦管式：传热好，返混小，产能高，易堵塞/粘壁

♦塔式：返混小，停留时间可控，分段控制温度

♦流化床：返混大，产能低；稳定，传热好

♦挤出机：高粘体系，传热好

1&停留时间分布函数F⑴、停留时间分布密度函数E(t)的定义；F⑴与E⑴关系。

答：停留时间分布函数F⑴：系统出口流体中，已在系统中停留时间小于t(或介于。〜

t间)的微元所占的分率。

停留时间分布密度函数E(t)：系统出口流体中，已在系统中停留时间为t到t+出间微

元所占的分率为E⑴dt。

停留时间分布函数F⑴与停留时间分布密度函数E(。的关系：

F(i)=^E(f)drF(r)=£E(t)dt=l

19.描述F⑴与E⑴的测定方法？

答：停留时间分布函数F⑴与停留时间分布密度函数E⑴可由阶跃示踪法与脉冲示踪法两种方

法测得，其大致过程分别如下：

①阶趺示踪法：在待测定系统稳定后，将原来反应器中流动的流体切换为另一种在某些

性质上与原来流体有所不同，而对流体流动没有影响的另一种含示踪剂的流体。该法

基于“刺激一感应”技术，即在系统入口处输入一个讯号，然后在出口处分析讯号的变

化。

时间为I时，出口物料中示踪剂浓度为C(l),物料流量为V,所以示踪剂流出量

为VC(t),又因为在酎间为t时流出的示踪剂，也就是反应器中停留时间小于t的示踪

剂，按定义，物料中停留时间小于I的粒子所占的分率为F⑴，因此，当示踪剂入口

流量为VcO时，出口流量VCOF(t),所以有：

VC()F(t)=VC(t)

・•.F(O=C(/)/Co

因此，用此法可直接方便地测定实际反应器的停留时间分布函数。

②脉冲示踪法：与阶跃示踪法不同的是该法在原有的流股中加入示踪剂，不改变原流股

流量。

流量vo,t~t+dt时间内出口示踪物为C⑴vodt,在停留时间为t~t+dt间内示踪物的量为

QE(t)dt,C(t)Vodt=QE(t)dt,E(t)=詈

因此，用此法可直接方便地测定实际反应器的停留时间密度函数。

第3章聚合实施方法

1.在工业上有哪些聚合物采用本体聚合工艺生产？

答：本体聚合的最大缺点就是体系的粘度随单体转化率的提高、聚合物的分子量的

增大及交联程度的增大而急剧升高，导致聚合热的排除难度增大，因此本体聚合不适合

高分子量的产品及交联聚合物产品的生产，最适合分子量较低、熔点范围较老、或高温

热稳定性较好的产品的生产。符合上述特征的聚合物则多采用本体聚合生产工艺的产品

有：

①塑料树脂：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、通用聚苯乙烯(GPPS)、高抗冲聚苯乙饰

(HIPS)、聚(苯乙饰•丙饰睛)、ABS工程塑料，无规聚苯乙饰(aPS)、聚氯乙•烯(PVC)、

聚丙烯(PP)和聚乙烯(HDPE,LDPE.LLDPE)；

②有些逐步聚合实际也是本体聚合只不过后期叫熔融缩聚或熔融加聚而已，如尼龙

6,尼龙66,聚酯类工程塑料，聚氨酯工程塑料；

③作为涂料或粘合剂所有的聚合物因分子量低，其聚合物也称成为树脂，也可采用

本体聚合得到，如无溶剂聚氨酯粘合剂，浇注型聚氨酯，发泡型聚氨酯，环氧树脂等。

④有些助剂，如涂料分散剂、油墨分散剂，大分子乳化剂，也可采用本体聚合制得，

如BYK公司的马来酸酊■苯乙怖共聚物分散剂、美国庄臣公司的水性固体丙烯酸树脂

(Joncryl678)。

2.本体聚合工业生产过程需要解决的主要工程问题是什么？目前采用的解决办

法有哪些？

答：

(1)主要工程问题：①聚合过程中体系粘度的增大与聚合体系中温度均匀分布的矛盾；

②聚合过程中体系壮度的逐步增大与聚合热的散热的矛盾；③脱挥工序中的高粘度

与挥发份快速脱除的矛盾；

(2)采用的解决办法：

①为了调节反应速率，适当降低反应温度而加入一定量的专用引发剂；为降低反应体

系粘度改善流动性，加入少量内润滑剂或溶剂；

②采用较低的反应温度、较低的引发剂浓度进行聚合，使放热缓和；

③在反应进行到一定转化率而此时反应体系粘度不算太高时，就分离出聚合物；

④分段聚合，将聚合过程分为几个阶段，控制转化率、“自动加速效应”，使反应热分

几个阶段均匀放出；

⑤改进反应器内的流体输送方式，完善搅拌器和传热系统以利于聚合设备的传热，研

究开发专用特型设备等；

⑥采用气相本体聚合方法，研制高效催化剂，降低操作压力；

⑦采用“冷凝态”进料及“超冷凝态”进料，强化传热，提高产能。

⑧采用表面更新型的脱挥装置，如立式或斜卧式的薄膜蒸发器等特种脱挥设备。

3.在工业上有哪些聚合物采用溶液聚合工艺生产？

答：和本体聚合一样，溶液聚合其最大的缺点也是体系的粘度随单体转化率的提高、

聚合物的分子量的增大及交联程度的增大而急剧升高，导致聚合热的排除难度增大，因

此溶液聚合也不适合高分子量的聚合物产品及交联聚合物产品的生产，而最适合分子量

较低的产品的生产。溶液聚合的另一优点是在解决本体聚合粘度大的问题同时，适合对

水敏感的催化剂催化下的聚合，如阴离子聚合、阳离子聚合、配位阴离子聚合，虽然使

用了大量的聚合溶剂，降低了生产效率，但可确保分子量要求高的二烯泾类橡胶的生产。

目前采用溶液聚合的产品有：

①耗量较大且具战略地位的二嫌泾橡胶等的生产，如各类顺丁橡胶，合成异戊二烯橡

胶，丁基橡胶，溶聚丁苯橡胶、集成橡胶等；EPDM,

②分子量要求较低的塑料树脂如PAN、PVAc、聚(甲基)丙饰酸酯；聚甲醛等：LLDPE,

PP(部分)

③分子量要求不高的聚触中间体，如PEG,PPG,PTMEG

④高氤健密度的聚氨酯及聚芳酰胺

⑤以聚合物溶液直接使用的涂料树脂和粘合剂；

⑥很多低分子量的分散剂，如聚丙烯酸钠，聚甲基丙烯酸纳，以及分子量要求较高的

聚丙饰酰胺类絮凝剂均采用水溶液聚合；

4.溶液聚合工业生产过程需要解决的主要工程问题是什么？

答：

①聚合过程中体系粘度的增大与聚合体系中温度均匀分布的矛盾；

②聚合过程中体系粘度的逐步增大与聚合热的散然的矛盾；

③对于连续反应器，则着重解决停留时间及其分布对聚合物分子量及其分布的影响程

度问题；

5.溶液聚合如何选取溶剂？

答：溶液聚合所使用的溶剂对聚合过程的成败、聚合物的分子量及分布、聚合物的

组成分布及聚合体系的粕度均有重大的影响，因此在采用溶液聚合实施方法生产聚合物

及其溶液时，溶剂的选择应依据目标聚合物的分子量及其分布要求、聚合活性中心的电

性及大小、聚合体系的粘度大小进行选择。

(1)对于自由基溶液聚合其优先考虑的因素有；

①溶剂对单体及其聚合物的溶解能力，若目标聚合物的分子量要求高，且体系最终

粘度高，优先选择溶解度参数小、链转移常数低的溶剂，以降低聚合体系的拈度，从而

提高聚合物排除的速度，减少自动加速效应带来的分子量分布过宽；而对于分子量要求

低的则尽量采用链转移常数大的溶剂，如甲苯，二甲苯，或它们的混合溶剂。

②其次考虑溶剂的沸点与聚合温度的匹配性，对于均聚反应，可采用沸点低于聚合

温度的溶剂，这样可利用溶剂回流冷凝进行除聚合热；而对于共聚反应则优先考虑沸点

高于聚合温度的溶剂；

③第三再考虑溶剂的毒性、价格及回收的难易程度；

(2)对于离子型聚合(阴离子聚合和阳离子聚合)应当考虑的因索：

①对于生产高分子量的目标聚合物或立构规整聚合物要求较高的目标聚合物，首先

考虑那些对活性中心的离子对的价键长度不影响或影响较小，即活性中心发生转移、终

止的弱极性溶剂即可，如环己烷，甲苯等；若目标聚合物的分子量要求不高，且规整性

要求也不高，则可选择极性较大的溶剂，如环氧乙烷，四氯味喃等：

②其次考虑溶剂的沸点与聚合温度的匹配性，对于均聚反应，可采用沸点低于聚合

温度的溶剂，这样可利用溶剂回流冷凝进行除聚合热；而对于共聚反应则优先考虑沸点

高于聚合温度的溶剂；对于低温反应则还应考虑溶剂的冰点大小，如苯的冰点只有6℃。

③第三考虑溶剂的毒性、价格及回收的难易程度；

(3)对于配位聚合(这里主要指Ziegler-Natta聚合)应当考虑的因素有：

①对于生产高分子量的目标聚合物或立构规整聚合物要求较高的目标聚合物，首先

考虑那些对活性中心的低电负性的过渡金属•碳键配位能力差、链转移常数小、无终止、

且对聚合物溶解能力偏低的弱极性溶剂即可，如环己烷，烷没溶剂；但即使目标聚合物

的分子量要求不高，规整性要求也不高，也不能选择极性较强、配位能力高的溶剂，否

则会导致活性中心失活，聚合过程失败；

②其次考虑溶剂的沸点与聚合温度的匹配性，对于均聚反应，可采用沸点低于聚合

温度的溶剂，这样可利用溶剂回流冷凝进行除聚合热：而对于共聚反应则优先考虑沸点

高于聚合温度的溶剂；对于低温反应则还应考虑溶剂的冰点大小，如苯的冰点只有6℃。

③第三考虑溶剂的毒性、价格及回收的难易程度；

6.悬浮聚合适合哪些产品的生产？

答：悬浮聚合最大的特点是聚合场所是每个以弥散稳定的单体液滴，体系的粘度几

乎不受单体转化率大小、聚合物的分子量高低、聚合物是否交联的影响；因此悬浮最适

合下述聚合物的生产：

①分子量不高但Tg或Tm很的塑料树脂的生产，如EPS、PMMA,PSt,PVC,

超耐■候超耐水的丙饰酸酯共聚物树脂（再溶解后作为涂料使用）；

②分子量很高但Tg可以很低的聚合物的生产，如高分子量织物弹性整理剂（再溶解

后使用）；

③最终产品就是颗过聚合物的生产，如超高分子量颗粒聚丙烯酰胺（絮凝剂，反相悬

浮）等；

④最终产品就是交联的颗粒聚合物的生产，如超吸水树脂（交联聚丙烯酸纳微球、反

相悬浮法），离子交换树脂（交联聚苯乙烯微球，正相悬浮法）。

7.悬浮聚合的定义、聚合体系组成？

（1）悬浮聚合定义